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［摘要］本文結(jié)合廣珠城際軌道交通橋梁設(shè)計(jì)具有輕軌、地鐵和鐵路網(wǎng)的特點(diǎn)，分析了國(guó)內(nèi)外橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范極限狀態(tài)法的各項(xiàng)基本技術(shù)參數(shù)取值，通過實(shí)例對(duì)不同設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行比較，闡明廣珠城際橋梁設(shè)計(jì)不僅可以采用容許應(yīng)力法，還可以采用極限狀態(tài)法，并提出廣珠城際橋梁荷載分類與組合形式。

［關(guān)鍵詞］廣珠城際橋梁設(shè)計(jì)極限狀態(tài)法

引言

新建鐵路廣州至珠海(含中山至江門)城際快速軌道交通橋梁具有類似城市軌道交通橋梁的特點(diǎn)，且在我國(guó)剛剛起步，無相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法與規(guī)范。我們有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行充分的研究分析比較，加強(qiáng)對(duì)本線的橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法的認(rèn)識(shí)，才能有利于推進(jìn)城際快速軌道交通橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。本文著重根據(jù)各國(guó)極限狀態(tài)法的一些規(guī)定，對(duì)相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析比較，并與其他計(jì)算方法進(jìn)行荷載效應(yīng)的對(duì)比。

國(guó)內(nèi)自2000年上海明珠線一期建成通車以后，北京、廣州、武漢等城市也相繼進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)。目前國(guó)內(nèi)尚無城市高架軌道交通橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范按容許應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算。

國(guó)外的軌道交通在七十年代就得到了發(fā)展，且各國(guó)相繼修訂設(shè)計(jì)規(guī)范，納入了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最新的成果，計(jì)算方法也從容許應(yīng)力法、破壞階段法發(fā)展到極限狀態(tài)法。國(guó)外除了個(gè)別規(guī)范外，一般都采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，運(yùn)用荷載分項(xiàng)系數(shù)法作為設(shè)計(jì)表達(dá)式。

經(jīng)過對(duì)本線橋梁設(shè)計(jì)荷載圖式的初步研究認(rèn)為采用0.6UIC較為合適，其實(shí)，本線設(shè)計(jì)概化的運(yùn)營(yíng)車輛荷載對(duì)簡(jiǎn)支梁的跨中換算靜活載效應(yīng)與0.4UIC的作用效應(yīng)相當(dāng)，因此，活載相對(duì)來說較輕，歐洲聯(lián)盟的設(shè)計(jì)方法是完全值得借鑒的；同時(shí)本線的橋梁比重占全線95%以上，在對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行初步分析比較的基礎(chǔ)上，認(rèn)為采用極限狀態(tài)法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其經(jīng)濟(jì)效益可觀，從投資方面考慮也有必要對(duì)極限狀態(tài)法進(jìn)行論證。

1極限狀態(tài)法技術(shù)參數(shù)比較與分析

極限狀態(tài)法中各規(guī)范技術(shù)參數(shù)差別較大，但分類基本一致，即：荷載、材料與工作條件等，著重從這三個(gè)方面技術(shù)參數(shù)，綜合分析國(guó)內(nèi)外規(guī)范取值，尋求適合本線技術(shù)參數(shù)。國(guó)內(nèi)外規(guī)范使用階段極限狀態(tài)工況其技術(shù)參數(shù)取值均為1，承載能力極限狀態(tài)工況下的技術(shù)參數(shù)取值如表1～表4。

從表1可以明確，恒載參數(shù)各種標(biāo)準(zhǔn)的差別很大。同時(shí)一個(gè)國(guó)家不同時(shí)期的差別也是很大的(其中帶*者為原有規(guī)范)。但是結(jié)構(gòu)自重在橋建成以后，基本是不變的，誤差可能性較小，因此取1.2作為自重恒載參數(shù)。

各國(guó)規(guī)范的活載參數(shù)取值如表3,活載是橋梁設(shè)計(jì)中最基本的技術(shù)條件。比較各國(guó)規(guī)范當(dāng)中的活載參數(shù)，根據(jù)活載在橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中所起的主導(dǎo)作用，在不同的組合方式下，分別取1.4、1.2、1.0等不同的值。

按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)規(guī)定須進(jìn)行兩類極限狀態(tài)計(jì)算，以保證結(jié)構(gòu)安全、適用、耐久。由于城際快速軌道交通在國(guó)內(nèi)剛剛起步，不可能從可靠度理論分析來制訂各技術(shù)參數(shù)取值，主要參考國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范，按荷載的離散程度不同制訂相應(yīng)參數(shù)。推薦的技術(shù)參數(shù)取值如表5～表7。

2荷載分類與組合

2.1荷載分類

荷載的分類按荷載隨著時(shí)間變化性能的不同以及出現(xiàn)機(jī)率的大小,將作用在城際軌道交通橋梁上的荷載分為下列幾類:永久荷載、可變荷載和偶然荷載，如表7。

2.2荷載組合

（1）按承載能力極限狀態(tài)組合:

組合Ⅰ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種效應(yīng)組合；

組合Ⅱ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種與其它可變荷載的一種或幾種效應(yīng)組合；

組合Ⅲ：永久荷載一種或幾種與施工、養(yǎng)護(hù)、維修狀態(tài)荷載的效應(yīng)組合；

組合Ⅴ：永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種,再加上一種偶然荷載的效應(yīng)組合。

（2）按正常使用極限狀態(tài)組合組合Ⅳ:永久荷載的一種或幾種與基本可變荷載的一種或幾種效應(yīng)組合。

3算例

3.1基本資料

在不同的活載形式作用下，計(jì)算示例一為一輕軌30m雙線預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁，梁部采用C50混凝土，檢算跨中截面進(jìn)行強(qiáng)度；計(jì)算示例二為鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)，計(jì)算跨度為(10.28+2×12.56+10.28)m，梁部采用C50混凝土，墩身采用C35混凝土，檢算其墩頂梁截面與墩頂墩身截面。輕軌活載圖式如圖1，廣珠城際運(yùn)營(yíng)車輛荷載圖式如圖2，動(dòng)車組荷載圖式與圖2相同，軸重≤150KN。

3.2計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如表8～表10。從表8可以看出，輕軌與汽—超20活載效應(yīng)相當(dāng)，采用按極限狀態(tài)法，在輕軌活載作用下，可節(jié)約鋼材約24%，在廣珠城際快速軌道車輛荷載作用下節(jié)省鋼材14%。表9的計(jì)算結(jié)果表明，要滿足規(guī)范要求，截面鋼筋的最小根數(shù)，采用容許應(yīng)力法計(jì)算需60Φ25Ⅱ級(jí)鋼筋,極限狀態(tài)法需53Φ25Ⅱ級(jí)鋼筋。表10的計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，截面有足夠的安全儲(chǔ)備。

3.3計(jì)算分析及結(jié)論

以上示例，分別對(duì)鋼筋混凝土的受彎構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件以及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行了檢算，包含了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大部分內(nèi)容。經(jīng)過以上計(jì)算，可以看出：

(1)對(duì)推薦的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行的極限狀態(tài)法與容許應(yīng)力法、破壞內(nèi)力法進(jìn)行了計(jì)算比較，結(jié)果表明滿足規(guī)范要求。

(2)采用極限狀態(tài)法比采用容許應(yīng)力法、破壞內(nèi)力法要節(jié)省材料。當(dāng)然，在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅僅是按截面的最大承載能力去進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要考慮截面砼和鋼索應(yīng)力以及位移等要求。

(3)推薦的技術(shù)參數(shù)雖然是在參照各國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范或橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)之上選取，但是荷載與材料的分項(xiàng)安全系數(shù)、工作條件系數(shù)的取值，在安全度方面的保證率比較明確，較之容許應(yīng)力法、破壞內(nèi)力法對(duì)內(nèi)力憑經(jīng)驗(yàn)取安全系數(shù)設(shè)計(jì)，要科學(xué)、明確。

(4）將結(jié)構(gòu)的受力區(qū)分為兩類極限狀態(tài)來計(jì)算，既保證了結(jié)構(gòu)的安全，又保證了它的使用功能和耐久性，概念清楚，計(jì)算目標(biāo)明確，兼有按容許應(yīng)力法和按破壞內(nèi)力法設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

4結(jié)語(yǔ)

廣珠城際快速軌道交通工程橋梁設(shè)計(jì)采用采用極限狀態(tài)法的計(jì)算方法，通過上面的計(jì)算，無論是對(duì)廣珠城際快速軌道交通工程運(yùn)營(yíng)車輛荷載還是對(duì)動(dòng)車組荷載，結(jié)果表明都是可行的。隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論不斷發(fā)展以及極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的日趨成熟，對(duì)于高架軌道交通橋跨結(jié)構(gòu)來說，荷載和結(jié)構(gòu)抗力的變異性小，計(jì)算模式確定性好，更適合采用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法。

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